Естественные науки

Каков принцип работы солнечной батареи?

Известно что: "Принцип работы солнечных батарей основан на фотогальваническом эффекте. Попадая на поверхность полупроводника, фотоны солнечного света вырывают электроны из его атомов. Под влиянием специального химического вещества, добавляемого в структуру материала, освобожденные электроны перемещаются в определенном направлении, в результате чего образуется электрический ток." Эти электроны, которые вырвали фотоны потом восстанавливаются или нет?
Какую только хрень не напишут.. .
Там НЕТ "специального химического вещества"... Это банальный pn-переход. Ну, да, p- и n-области легируют разными "веществами" - фосфором и бором чаще всего. Сильно специальными, ага.
И физика там такая: фотоны с достаточно большой энергией, превышающей величину запрещённой зоны (для кремния это примерно 1,2 эВ и больше, то есть любой свет, начиная с длины волны примерно 1 мк и ниже) , сообщает электрону дополнительную энергию. После чего этот электрон САМ "отрывается от атома" - его энергия теперь соответствует зоне проводимости. Соответственно в валентной зоне появляется дырка - внутренний фотоэффект всегда генерирует носители парами (электрон + дырка) .
Что характерно, фотогенерация происходит в ЛЮБОМ полупроводнике (в смысле - с любым типом и величиной проводимости) . И интерес тут представляет дальнейшая судьба рождённой пары.
Если полупроводник однородный и в нём отсутствует электрическое поле (внешнее, потому как внутреннему неоткуда взяться) , то эти электроны и дырки, поблуждав некоторое время по кристаллу, рекомбинируют. Сколько именно они будут блуждать (это время называется временем жизни неосновных носителей) - зависит от параметров полупроводника и степени совершениства кристаллической решётки. Если же есть внешнее эл. поле - то мы имеем банальноыйе фоторезистор.
А вот когда есть ВСТРОЕННОЕ электрическое поле - поле, создаваемое контактной разностью pn-перехода, - то возникает интересный эффект. Пары, рождёные НЕПОСРЕДСТВЕННО в области перехода, этим электрическим полем разделяются. Электроны - в одну сторону, дырки - в другую То есть по разные стороны перехода создаётся НЕРАВНОВЕСНАЯ концентрация электронов и дырок (с одной стороны - избыток электронов, с другой - дырок) , причём поле самого перехода препятствует тому, чтоб они слились в объятиях и рекомбинировали. И единственный путь для этого - через внешнюю цепь.
Вот поэтому во внешней цепи, если её замкнуть, и появляется электрический ток.
Ismayil Sh
Ismayil Sh
92 719
Лучший ответ
они обратно же и приходят
Яна Левашова А откуда тогда появляется ток? Ведь эти электроны выполняют работу и преобразовываются в другую энергию.
Ничто не откуда ничего не вырывает - что за бред ?!
Сергей Верас
Сергей Верас
8 212
Яна Левашова А какой же принцип работы тогда?
Фотоны света передают свою энергию некоторым электронам полупроводника, повышая их энергетический уровень. Обычно материалы удерживают, связывают эти электроны в соответствии с валентностью прилегающих атомов, и не могут двигаться. Однако, в возбужденном состоянии (с добавленной энергией) электроны создают ток, который движется по материалу. При движении электроны «забивают» р-дыры в материале, которые, в свою очередь, тоже движутся. Создается p-n переход. Когда он сформирован, некоторые электроны, находящиеся в непосредственной близости к переходу, привлекаются от n-стороны, чтобы объединиться с дырами на соседней p-стороне. В то же время дыры p-стороны, находящиеся возле перехода, привлекаются для объединения с электронами на соседней n-стороне.

Общий эффект от этого заключается в том, что вокруг перехода с n-стороны создается область менее отрицательно заряженная, чем могла бы быть, а с р-стороны – более отрицательно заряженная, чем можно было бы предположить. В результате это означает, что в районе перехода устанавливается обратное электрическое поле: отрицательное на р-стороне и положительное – на n-стороне. Область вокруг перехода также истощена на носители (электроны и дыры) и называется областью истощения.

Когда электрон в области перехода энергетически активизируется падающим на него фотоном, он переходит в группу проводимости и освобождает место в группе валентности. При этом создается пара из двух носителей (пара «электрон – дыра»). Под влиянием обратного электрического поля, созданного вокруг перехода, электроны будут стремиться переместиться в n-область, а дыры - в p-область.

Похожие вопросы